接上篇C++数据结构X篇_03_线性表的顺序存储和动态数组案例(基本概念;操作要点;顺序存储算法;动态数组案例实现),本篇将会开始介绍线性表的链式存储。
参考博文:最详细的C++单向链表实现,文中采用C++的class
去实现单向链表,这与本文采用struct
的形式是类似的,先看参考博文,再看此文(后期将其整理至本篇“C++实现代码及解析”部分)
,本文为了与学习视频一致,仍采用struct
的形式介绍单向链表。
为了表示每个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系,每个元素除了存储本身的信息外,还需要存储指示其直接后继的信息。
链表是数据结构中常见的一种数据存储形式,其在物理存储单元上是非连续的存储结构,即其数据存储的空间并非连续的内存空间。这种存储方式的优点是可以动态分配内存空间,不会造成内存的浪费和溢出,同时链表对于执行插入、删除等操作十分简便,不需要移动大量元素,但是其相对于连续空间存储的数据相比,遍历速度较慢。
链表由多个node(节点)组成,每个节点中由数据域与指针域组成,数据域data中存储需要存储的数据,指针域next为一个指针,其指向下一个node的地址。
当多个node前后链接在一起时就形成了lis(链表):
list中每个node通过指针next前后相联系,但要注意list中最后一个node由于没有后续的node,因此其next指正是指向NULL的。
对于一个链表list若想把Node n插入Node 0与Node 1之间,只需要将Node 0的next指针指向Node n的地址,再把Node n的next指针指向Node 1的地址即可。
若想删除节点Node 2,只需要将其前一节点Node 1的next指针指向其后一节点Node 3的地址,再将Node 2的内存空间delete掉即可。
以下是在VS IDE中已经有一个项目的情况下如何增加一个新的项目“ListTest2”
与上篇一致,此部分将会按照搭建,实现,测试进行介绍
#pragma once
#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H
//list是由节点组成,先定义一个链表节点
typedef struct LINKNODE
{
void* data; //无类型指针,指向任何类型数据
struct LINKNODE* next;
}LinkNode;
//链表结构体
typedef struct LINKLIST
{
LinkNode* head;
//无需容量,链表是来一个节点就申请一个内存,据需申请内存
int size;
}LinkList;
//打印回调函数指针,返回是void
typedef void(*PRINTLINKNODE)(void*);
//初始化链表
LinkList* Init_LinkList();
//指定位置插入
void Insert_LinkList(LinkList* list,int pos,void* data);
//删除指定位置的值
void RemoveByPos_LinkList(LinkList* list,int pos);
//获得链表的长度
int Size_LinkList(LinkList* list);
//查找
int Find_LinkList(LinkList* list,void* data);
//打印链表节点
//用户可能传入任何数据类型,但是传进后都会转成void*
//我们无法知道用户传入的是什么类型,不确定的时候让用户去做
//给函数,遍历的时候将void*数据类型传给函数,让用户打印
void Print_LinkList(LinkList* list, PRINTLINKNODE print);
//返回第一个节点
void* Front_LinkList(LinkList* list);
//释放链表内存
void FreeSpace_LinkList(LinkList* list);
#endif
#include "LinkList.h"
#include
#pragma once
//初始化链表
LinkList * Init_LinkList()
{
LinkList * list = (LinkList*)malloc(sizeof(LinkList));
list->size = 0;
//头结点 不保存数据信息 为了实现链表下少考虑几种情况
//比如在插入时少考虑是否插入头部
list->head = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
list->head->data = NULL;
list->head->next = NULL;
return list;
}
//指定位置插入
void Insert_LinkList(LinkList * list, int pos, void * data)
{
if (list==NULL)
{
return;
}
if (data == NULL)
{
return;
}
//友好的处理,pos越界,默认插入到尾部
if (pos< 0 || pos>list->size)
{
pos = list->size;
}
//创建新的节点
LinkNode* newnode = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
newnode->data = data;
newnode->next = NULL;
//找节点
//辅助指针变量
LinkNode* pCurrent = list->head;
for (int i=0;i<pos;i++)
{
pCurrent = pCurrent->next;
}
//新节点入链表:newnode的next指向第pos-1的next也就是原先第pos个node,然后再让第pos-1的next指向newnode
//list实际第0个是head;head->next与newnode->next一致,即newnode的next指向head的next;
newnode->next = pCurrent->next;
//head的next又指向newnode
pCurrent->next = newnode;
list->size++;
}
//删除指定位置的值
void RemoveByPos_LinkList(LinkList * list, int pos)
{
if (list == NULL)
{
return;
}
if (pos< 0 || pos>= list->size)
{
return;
}
//查找删除节点的前一个节点
LinkNode* pCurrent = list->head;
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pCurrent = pCurrent->next;
}
//缓存删除的节点
LinkNode* pDel = pCurrent->next;
pCurrent->next = pDel->next;
//释放删除节点的内存
free(pDel);
list->size--;
}
//获得链表的长度
int Size_LinkList(LinkList * list)
{
return list->size;
}
//查找
int Find_LinkList(LinkList * list, void * data)
{
if (list == NULL)
{
return 0;
}
if (data == NULL)
{
return 0;
}
//遍历查找 head不保存有效数据 list->head->next指向第一个有效数据
LinkNode* pCurrent = list->head->next;
int i = 0;
while (pCurrent!=NULL)
{
if (pCurrent->data == data)
{
break;
}
i++;
pCurrent = pCurrent->next;
}
return i;
}
//打印链表节点
void Print_LinkList(LinkList * list, PRINTLINKNODE print)
{
if (list == NULL)
{
return;
}
//辅助指针变量
LinkNode* pCurrent = list->head->next;
while (pCurrent != NULL)
{
print(pCurrent->data);
pCurrent = pCurrent->next;
}
}
//返回第一个节点
void * Front_LinkList(LinkList * list)
{
return list->head->next->data;
}
//释放链表内存
void FreeSpace_LinkList(LinkList * list)
{
if (list == NULL)
{
return;
}
//每一个节点都需要手动释放
//辅助指针变量
LinkNode* pCurrent = list->head;
//不能找到一个节点就进行释放,需要先缓存下一个节点,然后删除当前节点
while (pCurrent != NULL)
{
//缓存下一个节点
LinkNode* pNext = pCurrent->next;
free(pCurrent);
pCurrent = pNext;
}
//释放链表内存
list->size = 0;
free(list);
}
#include
#include "LinkList.h"
//自定义数据类型
typedef struct PERSON {
char name[64];
int age;
int score;
} Person;
//打印函数
void MyPrint(void* data) {
Person* p = (Person*)data;
printf("Name:%s Age:%d Score:%d\n",p->name,p->age,p->score);
}
int main()
{
//创建链表
LinkList* list = Init_LinkList();
//创建数据
Person p1 = {"aaa",18,100};
Person p2 = { "bbb",19,99 };
Person p3 = { "ccc",20,101 };
Person p4 = { "ddd",17,97 };
Person p5 = { "eee",16,59 };
//数据插入链表
Insert_LinkList(list,0,&p1);
Insert_LinkList(list, 0, &p2);
Insert_LinkList(list, 0, &p3);
Insert_LinkList(list, 0, &p4);
Insert_LinkList(list, 0, &p5);
//打印 打印顺序为p5 p4 p3...
Print_LinkList(list,MyPrint);
//删除3 也就是从p5往前从0数到3,即为p2
RemoveByPos_LinkList(list, 3);
//增加分隔符之后进行打印
printf("---------------------\n");
Print_LinkList(list, MyPrint);
//返回第一个节点
printf("---------查找结果------------\n");
Person* ret= (Person*)Front_LinkList(list);
printf("Name:%s Age:%d Score:%d\n", ret->name, ret->age, ret->score);
//销毁链表
FreeSpace_LinkList(list);
}
测试结果:
最详细的C++单向链表实现的代码如下:
#include
using namespace std;
class node
{
public:
int data; //存储数据
node* next; //指向下一个node的地址
};
class list
{
public:
node* head; //指向链表首位node
int size; //链表中的node的个数
};
//链表初始化
list* list_init()
{
list* L = new list; //创建一个链表L
L->size = 0; //初始node个数设置为0
L->head = new node; //创建链表中的第一个node
L->head->data = NULL; //将第一个node中存储的data设为空
L->head->next = NULL; //将第一个node中存储的next指针设为空
return L;
}
//链表的数据插入
void list_insert(list* L,int pos,int data)
{
//如果数据为空,则从头插入
if (L == NULL)
{
pos = 0;
}
//创建新节点并把数据放入
node* new_node = new node;
new_node->data = data;
new_node->next = NULL;
//寻找pos-1号的位置
node* pos_node = L->head; //0号node
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
//将下一个node的地址赋给pos_node地址,相当于地址在不断向后移动
pos_node = pos_node->next; //获得pos-1号node(pos_node)
}
//新节点入链表
new_node->next = pos_node->next; //将new_node的next指向第pos号的node地址
pos_node->next = new_node; //pos-1的node指向new_node
L->size++;
}
//链表的数据删除
void list_remove_pos(list* L,int pos)
{
//判断链表是否为空
if (L == NULL)
{
return;
}
//找到需要删除的前一个节点
node* pos_node = L->head;
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pos_node = pos_node->next;
}
//删除pos的节点
pos_node->next = pos_node->next->next;
L->size--;
}
//打印链表
void list_print(list* L)
{
if (L == NULL)
{
cout << "链表中没有数据" << endl;
}
//遍历打印
node* pcurrent = L->head->next;
while(pcurrent !=NULL)
{
cout << pcurrent->data << endl;
pcurrent = pcurrent->next;
}
cout << endl;
}
int main()
{
//创建链表
list* L = list_init();
//插入数据
for (int i=0;i<10;i++)
{
list_insert(L, i, i);
}
cout << "插入0-9的链表为:" << endl;
list_print(L);
//删除指定位置
list_remove_pos(L, 5);
cout << "删除第5号node后的地址为:" << endl;
list_print(L);
system("pause");
return 0;
}
class node
{
public:
int data; //存储数据
node *next; //指向下一个node的地址
};
我们采用C++中的类去定义Node,当然你也可以用struct结构体去定义。
class list
{
public:
node *head; //指向链表首位node
int size; //链表中node的个数
};
此处定义的list包含两部分,链表的第一个node(head)与链表中数据数量(size)。为什么我们只包含链表中第一个node呢?难道链表不应该包含所有的node嘛?这里就体现出node的特殊性了,因为对于一个链表我们只要获得其中任意一个node,该node到链表最后的node我们都可以通过每个node中的next指针逐个访问到。因此此处链表的类,我们不需要存储每个node,只需要获得链表第一个node即可,其它node我们都可以逐个访问得到。
链表list与节点node的类我们都创建好了,怎样把两者联系起来呢?或者说我们怎样得到一个可用的链表呢?
list* list_init()
{
list *L=new list; //创建一个链表L
L->size=0; //初始node个数设置为0
L->head=new node; //创建链表中第一个node
L->head->data= NULL; //将第一个node中存储的data设为空
L->head->next= NULL; //将第一个node中存储的next指针设为空
return L;
}
此处我们写了一个返回list指针的函数。
目前为止我们已经完成了list与node类的创建并可以通过函数list_init()获得一个可用的链表,下面我们将对这个链表进行插入删除工作。
void list_insert(list *L,int pos, int data)
{
//如果数据为空则从头插入
if (L==NULL)
{
pos=0;
}
//创建新节点并把数据放入
node *new_node=new node;
new_node->data=data;
new_node->next=NULL;
//寻找pos-1号的位置
node *pos_node=L->head;
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pos_node=pos_node->next;
}
//新节点入链表
new_node->next=pos_node->next;
pos_node->next=new_node;
L->size++;
}
该函数的作用是在链表L中第pos的位置插入一个存放data的node。
第一眼看见这个代码是不是头皮发麻?别急我们把代码拆分,慢慢分析。
1、我们最开始定义并获得的链表 L为NULL里面并不包含任何数据,因此我们在插入数据时需要进行判断,如果这个链表里一开始不包含任何数据,那我们将插入的位置设为头部即pos=0。
if (L==NULL)
{
pos=0;
}
2、在确保链表本身含有数据,可以正常插入data的时候,我们需要将这个data“包装”成链表能识别的节点new_node,此时还不知道插入位置后面的node是啥,因此需要将new_node->next设为NULL。
node *new_node=new node;
new_node->data=data;
new_node->next=NULL;
3、我们还要寻找new_node插入位置原本的node,这里我们可以通过遍历从list中第0号的node遍历到第pos-1号的node,获得pos-1号的node(pos_node)。
node *pos_node=L->head; //0号node
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pos_node=pos_node->next;
}
4、找到list中第pos-1号的node后,我们需要将new_node的next指向第pos号的node地址,同时将pos-1号的node指向new_node的地址即可,最后别忘了list中数据个数size加1。
new_node->next=pos_node->next; //new_node指向pos号的node
pos_node->next=new_node; //pos-1号的node指向new_node
L->size++;
void list_remove_pos(list *L,int pos)
{
//判断链表是否为空
if (L ==NULL)
{
return;
}
//找到需要删除的前一个节点
node *pos_node=L->head;
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pos_node=pos_node->next;
}
//删除pos的节点
pos_node->next=pos->next->next;
L->size--;
}
同样我们先将代码拆分分析。
1、首先我们还是要判断链表L是否为空,毕竟为空的话如何进行删除工作呢?
//判断链表是否为空
if (L ==NULL)
{
return;
}
2、与数据插入相同,对于删除pos号的node我们同样选择先找到pos-1号的node,我们可以通过node(pos-1)->next=node(pos)来获得pos号的node。
//找到需要删除的前一个节点
node *pos_node=L->head;
for (int i = 0; i < pos; i++)
{
pos_node=pos_node->next;
}
3、这是我们只需要将pos-1号的node指向pos+1号的node即可,最后别忘记链表L的size减1。
//删除pos的节点
pos_node->next=pos->next->next;
L->size--;
至此我们已经完成链表的插入、删除的功能了,最后附上链表L的打印函数,方便后面实验展示。
(注意:打印过程是跳过头节点head的)
//打印链表
void list_print(list *L)
{
if (L->size==0)
{
cout<<"链表中没有数据"<<endl;
return;
}
//遍历打印
node *pcurrent=L->head->next;
while (pcurrent != NULL)
{
cout<<pcurrent->data<<"\t";
pcurrent=pcurrent->next;
}
cout<<endl;
}
int main()
{
//创建链表
list *L=list_init();
//插入数据
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
list_insert(L,i,i);
}
cout<<"插入0-9的链表为:"<<endl;
list_print(L);
//删除指定位置
list_remove_pos(L,5);
cout<<"删除第5号node后的地址为:"<<endl;
list_print(L);
system("pause");
return 0;
}
结果为: